CN104078941A - 损坏限制方法及损坏限制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种损坏限制方法及损坏限制装置。该损坏限制方法用于设有整流电路和软启动电路的装置，其中所述软启动电路耦合到所述整流电路的输入，该软启动电路包括用于传输电源和所述整流器电路之间的电流的电阻元件以及能够允许电流在所述电源和所述整流器电路之间传输以旁路所述电阻元件的开关，其特征在于，该方法包括以下步骤：检测所述整流器电路的输出电压；确定所检测到的电压能够表明故障产生；并且响应于确定所检测到的电压能够表明故障产生，控制所述软启动电路的所述开关。

Description

损坏限制方法及损坏限制装置

技术领域

本发明涉及损坏限制，特别地，但不限于涉及限制由工作故障或工作异常的整流器电路造成的损坏，其中该整流器电路通过软启动电阻供电，本发明涉及损坏限制方法及损坏限制装置。

背景技术

电源可以以直流电压的形式被提供使用，也可以以整流的交流电压的形式被提供使用，其中可通过向半波或全波整流器施加交流电压从而产生整流的电压。其中一种类型的整流器采用将多个电容和二极管结合以对经过整流的输入交流电压升压。整流器可以和具有电阻和开关的软启动电路一同使用，其中软启动电路的作用在于当电压被初始施加到整流器时，该电路可使由电源输入给整流器的电流流经该电阻元件从而在电路初始化过程中达到在限制峰值电流的作用。一旦满足一个或多个预先定义的条件时，该开关将短路该电阻以使其限流功能失效。

发明内容

一方面，本发明公开一种损坏限制方法，用于设有整流电路和软启动电路的装置，其中所述软启动电路耦合到所述整流电路的输入，该软启动电路包括用于传输电源和所述整流器电路之间电流的电阻元件和能够允许电流在所述电源和所述整流器电路之间传输以旁路所述电阻元件的开关，该方法包括以下步骤：

检测所述整流器电路的输出电压；

确定所检测到的电压能够表明故障产生；并且

响应于确定所检测到的电压能够表明故障产生，控制所述软启动电路的所述开关。

上述控制开关的步骤包含闭合所述开关从而能够允许电流在所述电源和所述整流器电路之间传输以旁路所述软启动电路的电阻元件。

上述确定检测到的电压能够表明故障产生的步骤包括确定至少下面其中一种情况：

所检测到的电压低于正常工作的欠压阈值；

所检测到的电压在预定的欠压时间或更长的时间内低于正常工作的欠压阈值；

所检测到的电压的变化率低于预定的电压变化率；

所检测到的电压高于损坏水平阈值；

所检测到的电压在预定的损坏水平时间或更长的时间内高于损坏水平阈值；且

所检测到的电压的变化率高于预定的电压变化率。

上述控制开关的步骤包含断开所述开关从而可防止在所述电源和所述整流器之间传输的电流旁路所述软启动电路的电阻元件。

上述确定检测到的电压能够表明故障产生的步骤包括确定所检测到的电压高于正常工作的过压阈值，

可选地，所述确定检测到的电压能够表明故障产生的步骤还包括确定所检测到的电压在预定的过压时间或更长的时间内高于正常工作的过压阈值。

上述确定检测到的电压能够表明故障产生的步骤进一步包括确定所检测到的电压低于损坏阈值。

上述整流器电路包含电容电压倍压电路。

第二方面，本发明提供了一种存储有可读指令的计算机可读媒介，通过处理器执行所述指令可实施如上所述的方法。

第三方面，本发明提供了一种损坏限制装置，用于设有整流电路和软启动电路的装置，其中所述软启动电路耦合到所述整流电路的输入，该软启动电路包括用于传输电源和所述整流器电路之间的电流的电阻元件以及能够允许电流在所述电源和所述整流器电路之间传输以旁路所述电阻元件的开关，该损坏控制装置能够：

检测所述整流器电路的输出电压；

确定所检测到的电压能够表明故障产生；并且

响应于确定所检测到的电压能够表明故障产生，控制所述软启动电路的开关。

上述损坏限制装置用来控制所述开关闭合从而允许在所述电源和所述整流器电路之间的电流旁路所述软启动电路的电阻元件。

上述损坏限制装置通过确定至少下面其中一种情况来判断所检测到的电压能够表明故障产生：

所检测到的电压低于正常工作的欠压阈值；

所检测到的电压在预定的欠压时间或更长的时间内低于正常工作的欠压阈值；

所检测到的电压的变化率低于预定的电压变化率；

所检测到的电压高于损坏水平阈值；

所检测到的电压在预定的损坏水平时间或更长的时间内高于损坏水平阈值；以及

所检测到的电压的变化率高于预定的电压变化率。

上述损坏限制装置用于控制所述开关断开从而阻止在所述电源和所述整流器电路之间的电流旁路所述软启动电路的电阻元件。

上述损坏限制装置通过确定所检测到的电压高于正常工作的过压阈值来判断所检测到的电压能够表明故障产生，可选地，其中该损坏限制装置还可通过确定所检测到的电压在预定的过压时间或更长的时间内高于正常工作的过压阈值来判断所检测到的电压能够表明故障产生。

上述损坏限制装置通过确定所检测到的电压低于损坏阈值来判断所检测到的电压能够表明故障产生。

上述设有整流电路和软启动电路的装置满足下述条件中的至少其中一个：所述整流器电路包含电容电压倍压电路；且所述开关为继电器。

第四方面，本发明提供了一种损坏限制方法，包括：确定整流器电路产生的电压能够表明故障产生，以及控制开关使该开关旁路软启动电路的电阻元件，其中，通过所述软启动电路向该整流器电路供电。

第五方面，本发明提供了一种损坏限制装置，所述损坏限制装置被用来确定整流器电路产生的电压能够表明故障产生，并控制开关使该开关旁路软启动电路的电阻元件，其中通过所述软启动电路向该整流器电路供电。

在一示例方法中，以便与具有整流电路和软启动电路的装置使用，所述软启动电路耦合到所述整流电路的输入，所述整流电路的输出电压被监测并评估该检测到的电压是否能够表明故障产生。当判断所检测到的电压能够表明故障产生，控制能够允许在电源和整流电路之间传输的电流旁路电阻元件的开关，从而使开关从断开位置变化到闭合位置，或相反。

若评估结果确定所述监测的电压在预定的时间或更长的时间内低于低压阈值，和/或所述检测电压的变化率低于预定的电压变化率，则开关闭合以旁路所述软启动电路的电阻元件。这将增加故障电路所抽取的电流从而潜在地允许故障发生；然而，通过增加抽取电流，本来不会动作的上游电路过流保护装置会动作以断开所述整流器的供电电路。

若评估结果确定所述监测的电压高于高压阈值，且可选地，确定该监测电压低于损坏水平阈值，则该开关闭合。

若评估结果确定所述监测电压高于损坏水平阈值，则该闭合所述开关。这将增加故障电路所抽取的电流从而潜在地允许故障发生；然而，通过增加抽取电流，本来不会动作的上游电路过流保护装置会动作以断开所述整流器的供电电路。

尽管这里描述的方法可能无法防止整流器电路和/或软启动电路中产生损坏，但可以把损坏限制在整流器电路和软启动电路以及附近的其它元件，从而防止如火灾或爆炸等灾难性损坏。

附图说明

下面将结合附图说明本发明的实施例：

图1给出了可能采用本发明所述的方法的示例电路电路图；

图2显示了图1中的电路连接到电气传输系统和相关的发电机；

图3给出了所述的不同工作条件的图示；

图4给出了当整流器输出的电压低于低压阈值时限制损坏方法的流程图；

图5给出了当整流器输出的电压高于过压阈值时限制损坏方法的流程图；并且

图6给出了当整流器输出的电压高于损坏水平阈值时限制损坏方法的流程图。

具体实施方式

通过参照附图示例说明具体实施方式，其中：

图1给出了可能采用这里所描述的方法的示例电路90的电路图。特别地，整流器110，这里是一个电容倍压器，由交流输入电压供电，该交流输入电压在供电线112和供电中线114之间。在本实施例中，供电中线114通过包含电阻元件的软启动系统118连接到整流器110的输入116，在这种情况下，软启动电阻120和短路桥臂122包含开关123，该开关用来在适当的时刻通过闭合短路桥臂122的软启动继电器触点来短路软启动电阻120。整流器110包含一对二极管124和126以及一对电容128和130，它们共同工作以对供电线112和供电中线114之间的交流电压进行半波整流，。该整流器在第一输出点132和第二输出点134之间输出经过整流的直流电压(在图1中由参考标记Vdc表示)。整流器110提供的直流电压被提供给负载，在如图1所示的实施例中，该负载是逆变器136(直流到交流变换器)。电压测量器138用于测量整流器110的输出点132和输出点134之间的直流电压，并给微处理器140提供测量到的电压的信息。微处理器140用于处理接收到的、来自电压测量器138的信息(由此检测整流器电路的输出电压)并基于处理结果控制短路桥臂122的开关123。图1中供电线112和供电中线114之间的交流电压可能由交流电发电机210(见图2)提供，电气传输系统220可以由第三方提供和/或操作。进一步地，电气传输系统220一般具有其自己的保护装置，可包含过流保护装置230的以进行断路跳闸，当从电气传输系统220的至少一部分抽取的电流大于预定的过流值时，该保护装置可中断电气传输系统220的电力传输。

若图1中的电路的一个或多个电容128和130故障并造成短路时，则电路中的电流会比正常工作时更大。若该故障条件产生的同时断路桥臂122的开关123处于断开状态，则增加的电流不足以使过流保护装置230跳闸。在该情况下，软启动电阻120由于流过高电流而产生过热，从而可能导致起火、熔化、和/或损坏机壳和/或周边的元件。在此情况下，该故障条件只有在软启动电阻120断开或由于足够热而使自己断开时（例如，将其从安装的印刷电路板（PCB）上断开）才会消失。

当供电电压远远高于用于整流器110的、在供电线112和供电中线114之间的供电电压的同时断路桥臂122的开关123处于断开状态，则通过软启动电阻120的电流可能足够大以使软启动电阻120过热和/或点燃，此外，施加在电容128和130两端的电压可能足够高从而使其开始汽化或使其释放电解液并产生过热。进一步地，若电解电容汽化或释放部分其电解液，则该电容法拉值会下降，且电容在每个交流周期内耗散的能量将增加-因此会这样进行恶性循环从而引起电容点燃和/或爆炸。

尽管电阻性软启动系统的概念是该系统设计为在初始化时控制电路工作，若检测到电路的故障工作条件，则软启动系统可用来限制故障或加重故障以强制第三方保护装置跳闸，从而在灾难性损坏发生前消除该故障。

图3给出了图1中的电路在不同工作条件下的图示。特别地，给出了一些不同的条件-标记为‘条件1’到‘条件7’以及相应的代表电压波形，例如整流器110的输出点132和134之间的电压波形。也示出了一些输出电压阈值。

在正常工作中，当电路90连接到电气传输系统230时，短路桥臂122的开关123将会断开而电压测量器138检测的电压将会从0至少上升到预定的电压变化率，直到它超出正常工作时的欠压阈值，然后趋于稳定–如图3的条件1和条件2所示。开关123然后闭合-如图3的条件3所示，而期望电压测量器138测量的电压随后保持相对恒定。然而，当电压测量器138测量的电压在预定的时间内未达到电压阈值和/或电压测量器138测量的电压变化率低于预定的电压变化率，则可确定整流器110的一个或多个电容128和130工作异常并且发生故障。例如，若电容128和130的其中一个失效，则图1中的倍压器将不再工作，因此电压测量器138测量的电压大约是正常工作欠压阈值的一半。相应地，当微处理器140确定电压测量器138测量的电压低于预定的欠压阈值，微处理器140可控制短路桥臂122的开关123使其闭合从而消除软启动电阻120的限流影响。在这些情况下，整流器110抽取的电流将上升从而使过流保护器件230能够检测到过流并跳闸。

作为一种可能性，若由于满足条件3而将开关123闭合后，一个或多个电容产生故障，微处理器140将继续监控电压测量器138测量的电压，并且若该电压低于预定的欠压阈值并且一个或多个预定的条件满足—例如，在超过预定的时间内电压低于预定的欠压阈值并趋于稳定，和/或电压的变化率低于特定的阈值—则持续保持开关123闭合。通过使用预定的条件，可以区分正常下电操作和故障条件。

图4给出了上述方法的流程图。在步骤410，整流器110输出的电压由电压测量器138检测并把检测信息发送到微处理器。在步骤420，微处理器确定检测的电压是否低于正常工作的欠压阈值。若不是，则返回步骤410，若是，则继续执行步骤430并闭合短路桥臂122的开关123。

当电压测量器138检测的电压稳定在正常工作的欠压阈值之上且短路桥臂122的开关123已经闭合(图3的条件3)，但电压测量器138检测的电压上升到高于正常工作的过压阈值，电路90会产生输入过压。尽管电路90的输入电压稍微超出正常工作的过压阈值不会立即给电路中的任何元件带来灾难性的损坏，但长时间或反复过压会损坏元件。例如，反复过压会降低电解电容器的工作寿命。相应地，当微处理器140确定电压测量器138测量的电压高于正常工作时预定的过压阈值（图3的条件4），微处理器140可控制短路桥臂122的开关123使其断开从而强制电流流经软启动电阻120—从而限制流入电路90的电流并减少在过压情况下向电路90的元件的传输的能量。当微处理器140确定电压测量器138测量的电压低于正常工作时预定的过压阈值，微处理器140可控制短路桥臂122的开关123使其闭合，这样电路90可以恢复到正常工作模式（图3的条件5）。

图5给出了上述方法的流程图。在步骤510，整流器110输出的电压由电压测量器138检测并把检测信息发送到微处理器。在步骤520，微处理器确定检测的电压是否高于正常工作的高压阈值。若不是，则返回步骤510，若是，则继续执行步骤530并断开短路桥臂122的开关123。

当电压测量器138检测的电压上升并高于正常工作的欠压阈值，但和条件3不同，不会趋于稳定而是持续上升，则未能满足使开关123闭合的、趋于稳定的条件3的判据，因此在开关123未闭合的情况下，电压测量器138检测的电压从低于正常工作时的欠压阈值上升到高于正常工作时的过压阈值（图3条件6）。在这些情况下，软启动电阻120会承受比其规定的正常工作电压更高的电压。根据欧姆定律，在这些情况下，软启动电阻120会限制整流器110的电流，因此在软启动电阻120和/或电容128和130在过热和/或点燃/爆炸前过流保护装置不会跳闸。为解决此问题，可以定义一个损坏阈值，当微处理器140确定电压测量器138测量的电压高于预定的损坏阈值(图3的条件7)，微处理器140可控制短路桥臂122的开关123使其闭合，从而消除软启动电阻120的限流影响。在这些情况下，整流器110抽取的电流将上升从而使过流保护器件230能够检测到过流并跳闸。

图6给出了上述方法的流程图。在步骤610，整流器110输出的电压由电压测量器138检测并把检测信息发送到微处理器。在步骤620，微处理器确定检测的电压是否高于损坏阈值。若不是，则返回步骤610，若是，则继续执行步骤630并闭合短路桥臂122的开关123。

作为一种可能性，微处理器140用于确定电压测量器138测量的电压高于正常工作时预定的过压阈值但低于预定的损坏阈值以控制短路桥臂122的开关123，并在作出判断后断开开关123。

上述的方法，即当检测的电压高于正常工作的过压阈值时断开开关123(参考条件4描述)和当检测的电压高于损坏阈值时闭合开关123(参考条件7的描述)，除了适用于倍压器配置的整流器外，也特别适用于其它类型的整流器，比如桥式整流器。

尽管上述方法中描述了短路桥臂的开关包括继电器，本领域的技术人员应该理解，短路桥臂也可采用其它开关形式，比如一个半导体开关。

本领域的技术人员应该明白,尽管本文描述了损坏限制的多种方法—尤其是以下方法：即当检测的电压在很长的时间内低于欠压阈值时闭合开关；当检测的电压高于过压阈值时断开开关；并且当检测的电压高于损坏阈值时闭合开关；上述方法中的任意个或所有方法可以组合。

本领域的技术人员应该明白，可以采用不同装置实现这里所描述的过流保护装置的过流保护功能。例如，本领域的技术人员应该明白，过流保护可以采用熔断器、断路器、半导体开关和/或任何其它基于电流的开关实现，且进一步可以理解的是，这里所描述的过流保护装置跳闸指断开电路的动作，这种动作可以通过无源器件，比如熔断器，以及有源器件实现。

尽管上述描述的方法可以通过采用微处理器实现，但也可以不采用微处理器以同样方式实现。例如，这里所描述方法可以通过电路实现，该电路可以是集成电路，例如一个或多个专用集成电路(ASIC)，以实现这里所描述的功能。

本领域的技术人员应该明白，可采用临界滞后值以避免当电压测量器138测量的电压在正常工作的欠压阈值或过压阈值附近时快速开、关短路桥臂122的开关123。

本领域的技术人员应该明白，这里所描述的方法中采用的过流保护装置的作用是在检测到故障产生时跳闸，该过流保护装置可以由第三方拥有和/或操作，因此本发明不限制包含过流保护装置。

本领域的技术人员应该明白，尽管上述电路驱动的负载为逆变器，但本发明也适用于驱动其它负载的电路，如驱动器。另外，由于逆变器和负载可能已经有自己的电压测量功能，电压测量器和/或微处理器可以集成在逆变器或负载上。一个优点是，对于这样的系统，可以无需额外的硬件实现这里所描述的方法。另外，在这些情况下，逆变器/负载可以用来控制是否从整流器抽取电流或抽取多大电流，或者仅仅在短路桥臂122的开关123闭合时抽取电流。

这里所描述的方法可以由计算机控制和/或实施，具体化为计算机内存储有机器可读指令的可读媒介，当计算机的处理器执行指令时，则可实施这里所描述的方法。

本领域的技术人员应该明白，尽管上述描述采用了电容倍压整流器，同样也可以采用其它种类的整流器，例如桥式整流器等，也可以采用其它类型的电容电压倍压整流器，例如四倍电压升压器等。

本领域的技术人员应该明白，当提到电容时，该电容可以表明为一个或多个电容的形式，例如电容器组，这些电容可以是电解电容。

本领域的技术人员应该明白，虽然上述电阻软启动系统118位于供电中线114和整流器110之间，该系统也可以连接在供电线110和整流器110之间。

这里描述了一种损坏限制方法，包括确定整流器电路产生的电压能够表明故障产生，并相应地控制开关使其旁路到电路的电阻元件，其中整流器通过该电路供电。

本领域的技术人员应该明白，以下术语“欠压时间”、“过压时间”和“损坏水平时间”指的是预定的适用于指示以下故障情况的时间:检测的电压低于正常工作的欠压阈值，指示故障产生；检测的电压高于正常工作的过压阈值时，指示故障产生；检测的电压高于损坏水平阈值时，指示故障产生。本领域的技术人员能够理解的是，以下术语“正常工作欠压阈值”、“正常工作过压阈值”和“正常工作损坏水平阈值”被预定为适用于指示检测的电压能够表明故障产生的电压阈值。

Claims (18)

1.一种损坏限制方法，用于设有整流电路和软启动电路的装置，其中所述软启动电路耦合到所述整流电路的输入，该软启动电路包括用于传输电源和所述整流器电路之间的电流的电阻元件以及能够允许电流在所述电源和所述整流器电路之间传输以旁路所述电阻元件的开关，其特征在于，该方法包括以下步骤：

检测所述整流器电路的输出电压；

确定所检测到的电压能够表明故障产生；并且

响应于确定所检测到的电压能够表明故障产生，控制所述软启动电路的所述开关。

2.如权利要求1所述的损坏限制方法，其特征在于，控制所述开关的步骤包含闭合所述开关从而能够允许电流在所述电源和所述整流器电路之间传输以旁路所述软启动电路的所述电阻元件。

3.如权利要求2所述的损坏限制方法，其特征在于，确定所检测到的电压能够表明故障产生的步骤包括确定至少下面其中一种情况：

所检测到的电压低于正常工作的欠压阈值；

所检测到的电压在预定的欠压时间或更长的时间内低于正常工作的欠压阈值；

所检测到的电压的变化率低于预定的电压变化率；

所检测到的电压高于损坏水平阈值；

所检测到的电压在预定的损坏水平时间或更长的时间内高于损坏水平阈值；以及

所检测到的电压的变化率高于预定的电压变化率。

4.如权利要求1所述的损坏限制方法，其特征在于，控制所述开关的步骤包含断开所述开关从而能够防止在所述电源和所述整流器之间传输的电流旁路所述软启动电路的所述电阻元件。

5.如权利要求4所述的损坏限制方法，其特征在于，确定所检测到的电压能够表明故障产生的步骤包括确定所检测到的电压高于正常工作的过压阈值。

6.如权利要求5所述的损坏限制方法，其特征在于，确定所检测到的电压能够表明故障产生的步骤还包括确定所检测到的电压在预定的过压时间或更长的时间内高于正常工作的过压阈值。

7.如权利要求4或5所述的损坏限制方法，其特征在于，确定所检测到的电压能够表明故障产生的步骤进一步包括确定所检测到的电压低于损坏水平阈值。

8.如权利要求中1-5中任一项所述的损坏限制方法，其特征在于，所述整流器电路包含电容电压倍压电路。

9.一种存储有可读指令的计算机可读媒介，通过处理器执行所述指令能够实施如权利要求1到7中任一项所述的损坏限制方法。

10.一种损坏限制装置，用于设有整流电路和软启动电路的装置，其中所述软启动电路耦合到所述整流电路的输入，该软启动电路包括用于传输电源和所述整流器电路之间的电流的电阻元件以及能够允许电流在所述电源和所述整流器电路之间传输以旁路所述电阻元件的开关，其特征在于，该损坏限制装置能够：

检测所述整流器电路的输出电压；

确定所检测到的电压能够表明故障产生；并且

响应于确定所检测到的电压能够表明故障产生，控制所述软启动电路的开关。

11.如权利要求10所述的损坏限制装置，其特征在于，该损坏限制装置用来控制所述开关闭合从而允许在所述电源和所述整流器电路之间的电流旁路所述软启动电路的所述电阻元件。

12.如权利要求10或11所述的损坏限制装置，其特征在于，该损坏限制装置通过确定至少下面其中一种情况来判断所检测到的电压能够表明故障产生：

所检测到的电压低于正常工作的欠压阈值；

所检测到的电压在预定的欠压时间或更长的时间内低于正常工作的欠压阈值；

所检测到的电压的变化率低于预定的电压变化率；

所检测到的电压高于损坏水平阈值；

所检测到的电压在预定的损坏水平时间或更长的时间内高于损坏水平阈值；且

所检测到的电压的变化率高于预定的电压变化率。

13.如权利要求10所述的损坏限制装置，其特征在于，所述损坏限制装置用于控制所述开关断开从而阻止在所述电源和所述整流器电路之间的电流旁路所述软启动电路的所述电阻元件。

14.如权利要求13所述的损坏限制装置，其特征在于，所述损坏限制装置通过确定所检测到的电压高于正常工作的过压阈值来判断所检测到的电压能够表明故障产生，或者通过确定所检测到的电压在预定的过压时间或更长的时间内高于正常工作的过压阈值来判断所检测到的电压能够表明故障产生。

15.如权利要求13或14所述的损坏限制装置，其特征在于，所述损坏限制装置通过确定所检测到的电压低于损坏水平阈值来判断所检测到的电压能够表明故障产生。

16.如权利要求10中所述的损坏限制装置，其特征在于，所述设有整流电路和软启动电路的装置满足下述条件中的至少一个：

所述整流器电路包含电容电压倍压电路；以及

所述开关为继电器。

17.一种损坏限制方法，其特征在于，包括：确定整流器电路产生的电压能够表明故障产生，以及控制开关使该开关旁路软启动电路的电阻元件，其中，通过所述软启动电路向该整流器电路供电。

18.一种损坏限制装置，其特征在于，所述损坏限制装置被用来确定整流器电路产生的电压能够表明故障产生，并控制开关使该开关旁路软启动电路的电阻元件，其中，通过所述软启动电路向该整流器电路供电。